Автореферат (Разработка и исследование индукционно-резистивного нагревателя для уничтожения боеприпасов)

На правах рукописиБАСКАКОВ ПАВЕЛ АЛЕКСАНДРОВИЧРАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕИНДУКЦИОННО-РЕЗИСТИВНОГО НАГРЕВАТЕЛЯДЛЯ УНИЧТОЖЕНИЯ БОЕПРИПАСОВСпециальность 05.09.10 – ЭлектротехнологияАвторефератдиссертации на соискание ученой степеникандидата технических наукМосква – 20162Работа выполнена на кафедре «Автоматизированные электротехнологическиеустановки и системы» ФГБОУ ВО НИУ «МЭИ» и в Акционерном обществе«Красноармейский научно-исследовательский институт механизации».Научный руководитель:заслуженный деятель науки РФ,доктор технических наук,Кувалдин Александр Борисовичпрофессор кафедры «АЭТУС»ФГБОУ ВО НИУ «МЭИ»Официальные оппоненты:доктор технических наук,Демидович Виктор Болеславовичпрофессор кафедры «ЭТПТ»ФГАОУ ВО СПбГЭТУ «ЛЭТИ»кандидат технических наукСорокин Алексей Григорьевич,доцент кафедры «Математических и естественнонаучных дисциплин» Сызранскогофилиала ФГБОУ ВПО «СГЭУ»Ведущая организация:АО «Научно–производственное объединение «Базальт», г.

МоскваЗащита диссертации состоится «10» июня 2016 г. в 14 часов 00 мин. на заседании диссертационного совета Д 212.157.02 при ФГБОУ ВО НИУ «МЭИ» по адресу: 111250, г. Москва, ул. Красноказарменная, д. 17, ауд. М-606.Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные печатью организации, просим направлять по адресу: 111250, г.

Москва, ул. Красноказарменная, д.14, Ученый Совет ФГБОУ ВО «НИУ «МЭИ».С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВО НИУ «МЭИ».Автореферат разослан «___»____________2016 г.Ученый секретарь диссертационногосовета Д 212.157.02 к.т.н., профессорЦырук С.А.3ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫАктуальность темы.Россия обладает большими запасами химического оружия, которое согласно«Конвенции о запрещении химического оружия» должно быть полностью уничтожено без возможности повторного применения. Для реализации Конвенциипринята Федеральная программа по уничтожению запасов химического оружия вРФ, надзор за выполнением и софинансирование которой осуществляет Международная организация по запрещению химического оружия.

Актуальность уничтожения химического оружия обуславливается старением запасов отравляющихвеществ и увеличением опасности возникновения экологической катастрофы.Наибольшую сложность при уничтожении представляют кассетные химические боеприпасы с неразборными элементами, единственным безопасным способом уничтожения которых является подрыв, при котором происходит разрушениекорпуса и нейтрализация остатков отравляющих веществ. Учитывая высокуюопасность, уничтожение должно происходить дистанционно в специальной камере уничтожения наиболее ответственным узлом которой является нагреватель.Разработка нагревателя связана с выполнением требований по безопасности, производительности, энергоэффективности, полноте уничтожения, стойкостик многократным взрывам и ударам осколков, коррозионно-активным средам,отравляющим веществам и высоким температурам.

Традиционные нагреватели неотвечают всем этим требованиям, что обуславливает необходимость разработкиоригинальной конструкции нагревателя для уничтожения боеприпасов и проведения комплексного исследования, включающего разработку системы электропитания, охлаждения и регулирования температуры.Для уничтожения боеприпасов требуется низкотемпературный нагрев (неболее 500°С), для чего предложено использовать индукционно-резистивныйнагреватель (ИРН) рабочей взрывной камеры - локализатора, в который помещается уничтожаемый боеприпас. Разработка методики расчета, определение конструктивных параметров и эффективных режимов работы ИРН связаны с проведением большого объема теоретических и экспериментальных исследований.Работа выполнялась в рамках ФЦП «Уничтожение запасов химическогооружия в РФ» при выполнении ОКР «Блок-М» и ОКР «Примус» по государственнымконтрактам№110208.1003200.15.020от04.03.2011г.и№120208.1003200.15.021 от 24.02.2012г.

соответственно, что подтверждает ее актуальность.Объектом исследования являются конструктивные параметры и режимыработы ИРН, систем электропитания, охлаждения и регулирования температуры.Предмет исследования: электромагнитные, тепловые и газодинамическиепроцессы при работе ИРН для уничтожения боеприпасов.Цель диссертационной работы: разработка конструкции и методики расчета индукционно-резистивного нагревателя для уничтожения химических боеприпасов, а также исследование режимов его работы и выработка рекомендацийпо созданию и внедрению промышленных нагревателей.4Решаемые задачи:1.

Выбор типа нагрева и конструкции нагревателя на основе требований коборудованию для уничтожения химических боеприпасов.2. Разработка математических моделей для анализа электромагнитных итепловых процессов индукционно-резистивного нагревателя, а также выбора эффективных режимов его работы.3. Исследование электрических и тепловых процессов в ИРН с помощьюразработанных математических моделей для выбора параметров нагревателя.4. Проведение экспериментальных исследований опытного образца ИРНдля подтверждения и уточнения теоретических результатов, полученных на математических моделях.5.

Разработка методики проектирования, выбор основных технических решений и режимов работы для промышленных образцов ИРН.6. Внедрение промышленных нагревателей на объектах по уничтожениюхимического оружия.Методы исследования. В работе использованы основные положения теории электромагнитного и теплового полей и газодинамики, исследования которыхпроводились с помощью компьютерного моделирования в программном комплексе ANSYS методами математической физики и вычислительной математики. Синтез системы регулирования температуры и исследование режимов работы ИРНосуществлялись в программе MATLAB/Simulink.

Проверка основных теоретических положений осуществлялась путем экспериментальных исследований на физических моделях и промышленных образцах ИРН с обработкой экспериментальных данных в программе MATHCAD.Научная новизна:1. Разработана электромагнитная математическая модель системы «индуктор - загрузка» отличающаяся тем, что многослойный индуктор выполнен из кабеля с металлической оболочкой, и проведены исследования электромагнитныхпроцессов, в результате которых получены зависимости тепловыделения, плотности тока в жиле и оболочке провода по длине и слоям индуктора, выбраны основные параметры индуктора, обеспечивающие высокие энергетические характеристики.2.

Разработана математическая модель теплового режима локализатора (загрузки), учитывающая условия стационарного и нестационарного теплообмена, сиспользованием которой исследованы тепловые поля в локализаторе и выбраныпараметры индуктора, обеспечивающие необходимую для уничтожения боеприпасов равномерность нагрева.3. Разработаны математические модели для исследования процессов естественной и вынужденной конвекции в нагревателе, с использованием которыхопределены зависимости коэффициентов теплоотдачи локализатора и многослойного индуктора от условий охлаждения.4. Разработана структурная модель нагревателя с двухконтурной системойрегулирования температуры, учитывающая теплообменные процессы при уничтожении боеприпасов, с использованием которой исследованы режимы работы5нагревателя и выбраны времена пускового нагрева и цикла уничтожения боеприпасов с разной массой взрывчатого вещества.Обоснованность и достоверность полученных в диссертационной работенаучных результатов, выводов и рекомендаций обеспечивается корректным использованием применяемого математического аппарата, теории оптимальногопроектирования и методов математического моделирования.

Справедливость выводов относительно адекватности разработанных математических моделей основывается на сопоставлении результатов моделирования и экспериментов, расхождение между которыми не превышает 10%. Работоспособность, безопасность иэффективность ИРН подтверждена результатами опытной и промышленной эксплуатации на объектах по уничтожению химического оружия.Основные практические результаты работы:1. С использованием разработанных математических моделей проведеныисследования и даны рекомендации по проектированию и выбору режимов работы ИРН, обеспечивающих энергоэффективность, заданное температурное распределение внутри локализатора, а также полное уничтожение боеприпасов.2. Разработаны новые конструкции опытных и промышленных образцовИРН (три типоразмера), прошедшие экспертизу промышленной безопасности изащищенные патентом РФ на изобретение.3.

Получены экспериментальные данные о параметрах уничтожении боеприпасов и ресурсе нагревателя при многократных подрывах, которые использованы пи проектировании нагревателей.Реализация и внедрение результатов исследований. Результаты работывнедрены на трех объектах по уничтожению химического оружия в виде промышленных образцов ИРН, используемых для уничтожения боеприпасов сложной конструкции.